大多数人第一次看到真空的概念 ， 可能是在初中物理课堂 ， 在学到的关于大气压的内容时候 ， 课本上通过展示“马德堡半球”实验来证实大气压的存在 ， 半球内处于真空状态 ， 由于真空内不存在气体 ， 无法与大气压平衡 ， 因此大气压会紧紧的压住半球 。 那个时候我们也认为 ， 真空内部是不存在任何气体分子和原子的 ， 也就是说真空是空无一物 。
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“马德堡半球”实验
为什么原来认为声音无法在真空中传播
在物理课堂上 ， 当我们学到声音的传播这一节时 ， 课本上的内容有着类似的描述：由于声音的传播需要介质 ， 真空中由于不存在介质 ， 因此声音无法在真空中传播 。
【物理|真空其实并不空，而且还能够传递声音，曾经学过的物理知识被颠覆】事实上声音产生的本质是振动 ， 而声音的传播也就是振动的传播 ， 由于物体的振动会不断地撞击两侧气体分子 ， 被撞击后的气体又会作用于旁边的气体分子 ， 于是这种振动便从物体中开始传播开来 ， 这种分子的不断振动也可以称之为机械振动 ， 机械振动本质上是物体的运动 ， 由于我们认为真空中不存在任何物质 ， 那么真空无法传播声音的逻辑也就合情合理 。
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声音传播的本质是分子振动的传播
并且可能很多人在课堂上看过这个实验 ， 将一个闹钟放入真空罩中 ， 通过利用真空泵将内部的额气体抽出 ， 在气体被抽出的过程中 ， 闹钟产生的铃声也在开始逐渐减小 ， 这个实验也常被用来证明真空中无法传递声音的规律 。 那么真空中真的就是空无一物吗？从前人类也一直是这么认为 ， 直至后来发展了量子力学理论后 ， 才发现 ， 人类才发现 ， 真空的概念并没有那么简单 。
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真空不空
量子力学认为 ， 一个物体的位置和速度不可能同时测准 ， 也就是说物体不可能完全静止下来（否则速度精确为零） 。 这也就意味着 ， 即使处在最低能量的状态 ， 能量也不可能为零 。
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对于电磁波也是一样 ， 量子场论指出 ， 即使一个空间中没有任何原子、没有光 ， 但其中仍然存在一些量子场的波动 ， 也被称为量子涨落 。
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真空中的量子涨落 ， 虚粒子不断的产生与湮灭
真空中虽然看起来没有任何的实粒子（电子以上（中子 ， 质子 ， 原子 ， 离子 ， 分子）都可以认为是实物粒子） ， 由于量子涨落 ， 却存在着大量的“虚粒子” ， 这些“虚粒子”会以正反粒子的形式出现 ， 一个正的虚粒子出现 ， 同时会产生一个反的虚粒子（吸收的能量相当于从真空中借了一部分能量） ， 但产生之后 ， 它们又会以极短的时间相互湮灭（释放出能量 ， 与之前需要的能量守恒） ， 实际上这些虚粒子会不断瞬间出现、消失 ， 只是在我们看来 ， 似乎什么都没有 ， 真空并不是我们曾经所理解的空无一物 。
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真空中的卡西米尔效应
那么人们是如何通过实验证明上述理论的呢？这就要谈到1948年荷兰物理学家卡西米尔提出的一个物理现象——卡西米尔效应 。
卡西米尔通过他的理论计算预测到 ， 在真空中 ， 如果将两块金属板进行平行放置 ， 并且将它们的距离缩小至纳米尺度时 ， 由于量子场波动的存在 ， 两块金属板会受到外侧的压力从而相互吸引、靠近 。
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之所以会产生这种现象 ， 同样是由于量子涨落引起的 ， 真空中虽然并不包含“实物粒子” ， 但其中充满着各种场 ， 电磁场也是其中之一 ， 电磁场的涨落会则会产生光子 。 在正常情况下 ， 电磁场产生的涨落会相互抵消 ， 也就观测不到什么现象 。 当两块巨大的平行金属板近距离放置时 ， 由于金属板之间的空间相比于两侧会小得多 ， 量子场的涨落导致金属板之间产生的虚粒子数也相对会更少 ， 而由于两侧会受到更多粒子的撞击 ， 于是在宏观上表现出金属板受到两侧的挤压力 。
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当时卡西米尔只是通过理论计算预测了这个现象 ， 但在十年后 ， 他的预言在实验中得到了证实 。
声音如何在真空中传播
在前面讲到过 ， 声音的传播实际上是分子振动的传递 ， 而热的本质实际上就是分子的振动 ， 因此如果能够证明分子的热运动能够通过真空传递（非热辐射） ， 那么便能够证明声音也能够在真空中传播 ， 而在2019年国际顶级期刊《Nature》上就有研究团队做了相关报道 。
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《Nature》期刊的相关论文
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该团队使用了一个非常精密的仪器 ， 对两块纳米薄膜之间的热量传递进行了检测 。 传统的理论一直认为 ， 在真空中 ， 热量只能通过辐射的形式传递 ， 而不是通过声子进行传递 。 然而该项研究发现 ， 电磁场的量子涨落可以诱导声子在真空中耦合（同样与卡西米尔效应有关） ， 从而促进热传递 。 他们在进行实验的整个过程中 ， 发现热辐射传递仅占整个热量变化的4%不到 ， 因此在这个过程中 ， 起绝对性的传热机制是真空中声子传热 。
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该团队所使用的实验设备
热量的实质与声音其实是一样的 ， 都是分子或原子的振动 ， 同样的 ， 在真空状态下 ， 当一个物体振动时 ， 该振动产生的能量会与两个物体之间的能量场发生交互 ， 从而引起另一个物体发生振动 ， 这也是声音的卡西米尔效应 ， 所以声音同样也可以通过真空传播 。 只是由于该效应在尺度非常小时 ， 更容易发生作用 ， 所以一直未被人们所发现 。
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总结
真空其实并不是空无一物 ， 它不仅能够传递热量（非热腐蚀） ， 而且也能够传播声音 。 不仅于此 ， 还有众多的物理现象都与真空中的量子效应息息相关 ， 它还能够解释黑洞为什么会产生辐射 ， 黑洞并不是我们曾经认为的“只进不出” 。 人类目前对于微观世界的了解还并不全面 ， 随着人类的不断探索 ， 越来越多曾经错误的认知也将会被逐渐修正 。
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